生物制品越来越多地应用于治疗炎症性疾病，比如类风湿性关节炎（RA）。但约40%的RA患者对治疗没有反应，并且，持续高剂量给药会抑制免疫系统，可能造成严重的不良反应，如增加感染的风险。

近日，科学家们利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术改造诱导性多能干细胞（iPSCs）。这些细胞可以被植入皮下，在RA小鼠模型中，一旦发生炎症，植入的“智能”细胞会自动感知内源性炎症细胞因子水平的变化，并产生应答，递送一种相应治疗水平的抗炎症生物制品，从而显著减轻炎症，还完全防止了骨侵蚀（bone erosion）。

▲该论文发表在同行评议期刊Science Advances上（图片来源：论文页面截图）

生物制品通常靶向几种炎性细胞因子和通路，包括白细胞介素-1和-6（IL-1和IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等。但是随着时间推移，RA疾病的严重程度可能会出现波动，而使用这类药物进行注射或输注治疗时，无论患者细胞因子水平或RA症状如何，都倾向于在较高浓度下连续给药，导致不良反应。因此，开发能够感知和响应内源性炎症因子水平的特异性治疗策略，有望在有效治疗患者时减轻不必要的副作用。

来自美国圣路易斯华盛顿大学医学院（Washington University School of Medicine in St. Louis）的研究团队利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术，改造诱导多能干细胞（iPSCs），构建了称为“SMART”的软骨干细胞（Stem cells Modified for Autonomous Regenerative Therapy），在细胞中植入了受到IL-1调控的生产IL-1受体拮抗剂（IL-1Ra）的合成基因回路。IL-1通过激活关节中的炎症细胞来促进关节炎的炎症。当炎症发生时，细胞内的基因回路就会感知内源性IL-1细胞因子水平的变化被激活，从而分泌对应治疗水平的IL-1Ra。

▲该治疗方案的原理（图片来源：参考资料[1]）

该论文通讯作者Farshid Guilak教授解释道，“我们利用CRISPR技术对干细胞中的基因进行了重编辑，然后通过在编织支架上播种细胞，创建了一个小小的软骨植入物，并将其放置在小鼠的皮肤下。这种方法可以让这些细胞在机体内长期存在，并且一旦产生炎症反应就会分泌相应的成比例药物。”

有趣的是，IL-1Ra药物尽管已在动物模型中证明了有改善症状的作用，但并不经常用于治疗类风湿性关节炎，因为它的半衰期很短，且疗效一般。但这种干细胞+植入生物支架的创新自调节疗法，克服了药物的半衰期和疗效问题。研究人员发现，IL-1Ra药物显著减轻了小鼠的关节炎症与疼痛。

并且，在使用放射性成像技术观察骨骼时，该药抑制了在类风湿性关节炎中常见到的骨损伤，完全消除了骨侵蚀。骨侵蚀是疾病恶化造成的骨骼破坏，目前的疗法并不能有效应对，因此存在重要的未满足临床需求。

更妙的是，研究人员还可以利用CRISPR-Cas9基因编辑技术制造不同类型的药物。换句话说，如果一种治疗药物在特定患者身上比另一种药物效果更好，或许就可以通过重编程软骨细胞，来开发个体化的疗法。该治疗方案还具有治疗其他炎症性关节炎疾病的巨大潜力，包括青少年关节炎。

研究人员正在继续用CRISPR-Cas9和干细胞进行实验，希望制造装载一种以上药物的细胞，以对炎症的不同触发物作出反应，治疗多种慢性疾病和组织类型。

参考资料:

[1] Choi, Y. R., et, al. (2021). A genome-engineered bioartificial implant for autoregulated anticytokine drug delivery. Science Advances, 7(36). https://doi.org/10.1126/sciadv.abj1414

[2] CRISPR-Engineered Cells Release Drug in Response to Inflammation When Implanted into Mice. Retrieved September 2, 2021, from https://www.genengnews.com/news/crispr-engineered-cells-release-drug-in-response-to-inflammation-when-implanted-into-mice/

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